CN105372799A - 一种离轴反射型广角光学镜头 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种离轴反射型广角光学镜头，用于将远处大范围的目标成像到探测器上。该离轴反射型广角光学镜头，沿光线传递方向包括反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4、像面(IMAGE？PLANE),其中反射镜M1具有正折光力，反射镜M2具有正折光力，反射镜M3具有正折光力，反射镜M4具有正折光力，所述的离轴反射型广角光学镜头中4个反射镜均为高次非球面，且均为偏轴倾斜元件，此外，像面也存在偏轴倾斜。本发明的离轴反射型广角光学镜头具有视场大、结构简单、成像质量好等优点。

Description

一种离轴反射型广角光学镜头
技术领域
本发明涉及一种离轴反射型广角光学镜头，属于光学应用领域。
背景技术
折射式光学系统是空间光学相机中常用的结构类型，该类系统调整变量多，选用合适的玻璃材料，可设计出适用于各种不同光谱区域的高像质光学系统。
对于大口径、大视场、长焦距光学系统，考虑折射率稳定性、材料均匀性、材料物理特性等玻璃材料的光学特性，主要表现在以下几个方面：
(1)空间辐射环境影响光学材料的光学特性，如电子辐射导致光学材料的光学透过率发生变化；
(2)空间环境相对于地面条件而言，其光学系统中光学材料折射率绝对值发生变化，引起光学系统各光学表面间的光程发生变化，使系统成像品质和焦距发生变化；
(3)杂散辐射环境影响光学相机成像品质，同时且大口径透镜材料加工难度大，使用过程中会出现重力变形导致面型发生改变，进而影响光学相机的成像质量。
反射式光学系统中参与成像的光学表面全部为反射面，该种类型光学系统光谱范围宽，由于全部采用反射面，对从紫外到红外光谱区全部使用，不存在色差；镜面反射率往往比透镜的透射率高得多。反射式光学系统可有效缩短光学系统镜筒长度以及各光学镜片间隔，同时反射镜可以采用现代新型的新材料制作(如碳化硅)，这样可以大大减轻光学相机的总重，有效增强设备的机动灵活性。
对于反射式结构，为了增大光学镜头的视场，实现了从同轴系统到离轴系统的飞跃，目前的离轴系统在子午方向视场不大，弧矢方向更小，无法满足广域观测的需求。
发明内容
本发明为解决现有离轴反射型光学镜头视场不大，尤其弧矢方向的视场小的问题，提出了一种离轴反射型广角光学镜头结构，该离轴反射型广角光学镜头为四个反射镜非共轴设置，该离轴反射型广角光学镜头具有视场大、结构简单、成像质量好等优点。
本发明采用的技术方案为：一种离轴反射型广角光学镜头，该广角光学镜头沿光线传递方向包括反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4、像面(IMAGEPLANE)，所述四个反射镜为非共轴设置，该广角光学镜头的孔径光阑设置在反射镜M3上，四个反射镜均为高次非球面，反射镜M1具有正折光力，其焦距和该广角光学镜头的系统总焦距的比值在3.96～4.25之间，其偏轴量数值在348～380之间，其倾斜量数值在10～12.5之间；反射镜M2具有正折光力，其焦距和系统总焦距的比值在5.81～6.12之间，其偏轴量数值在-158～-135之间，其倾斜量数值在9.6～10.2之间；反射镜M3具有正折光力，其焦距和系统总焦距的比值在2.22～2.49之间，其偏轴量数值在-143～-136之间，其倾斜量数值在10.3～10.9之间；反射镜M4具有正折光力，其焦距和系统总焦距的比值在1.86～1.98之间，其偏轴量数值在-10.6～-9.5之间，其倾斜量数值在10.2～10.7之间；像面也存在偏轴倾斜，其偏轴量数值在22.5～28.6之间，其倾斜量数值在9.8～11.3之间。
进一步的，该离轴反射型广角光学镜头中反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4四个反射镜的光学材料都为碳化硅。
本发明具有以下优点：
1、本发明的一种离轴反射型广角光学镜头仅含有反射镜不包含折射镜，系统的色差为零，减小了像差平衡难度。
2、本发明的离轴反射型广角光学镜头仅由四片反射镜构成，结构简单紧凑。
3、本发明的离轴反射型广角光学镜头所有镜子均为非球面镜，更有利于各种像差的校正。
4、本发明的离轴反射型广角光学镜头中的四片反射镜为离轴设置，有效避开了反射镜间的光线遮挡，增大了系统视场。
附图说明
图1为本发明的离轴反射型广角光学镜头的光路示意图；
图2为本发明的离轴反射型广角光学镜头的光学调制传递函数(MTF)示意图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的离轴反射型广角光学镜头的光路示意图，本发明一种离轴反射型广角光学镜头，沿光线传递方向包括反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4、像面(IMAGEPLANE)，所述反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4非共轴，光线经反射镜M1会聚后到达反射镜M2，经过反射镜M2的再次会聚后到达反射镜M3，经过反射镜M3的再次会聚后到达反射镜M4，经过反射镜M4会聚后到达像面。反射镜M1具有正折光力，反射镜M2具有正折光力，反射镜M3具有正折光力，反射镜M4具有正折光力。反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4面型均为高次非球面。反射镜M1的焦距和系统总焦距的比值在3.96～4.25之间，偏轴量数值在348～380之间，其倾斜量数值在10～12.5之间。反射镜M2的焦距和系统总焦距的比值在5.81～6.12之间，其偏轴量数值在-158～-135之间，其倾斜量数值在9.6～10.2之间。反射镜M3的焦距和系统总焦距的比值在2.22～2.49之间，其偏轴量数值在-143～-136之间，其倾斜量数值在10.3～10.9之间。反射镜M4的焦距和系统总焦距的比值在1.86～1.98之间，其偏轴量数值在-10.6～-9.5之间，其倾斜量数值在10.2～10.7之间。像面的偏轴量数值在22.5～28.6之间，其倾斜量数值在9.8～11.3之间。系统的孔径光阑设置在反射镜M3上。反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4四个反射镜的光学材料都为碳化硅。
本实施例的具体优化措施为应用光学设计软件构造优化函数，并加入像差与结构限制参量，逐步优化为现有结果。
本实施例通过以下技术措施实现：系统工作波段为0.486-0.656μm，视场为80°×35°，有效通光口径为相对孔径为1/2.8。
本发明的离轴反射型广角光学镜头中，反射镜M1其焦距和系统总焦距的比值为4.05，其偏轴量数值为357.8，其倾斜量数值为11.6；反射镜M2其焦距和系统总焦距的比值为5.96，其偏轴量数值为-146.1，其倾斜量数值为9.8；反射镜M3其焦距和系统总焦距的比值为2.33，其偏轴量数值为139.6，其倾斜量数值为10.6；反射镜M4其焦距和系统总焦距的比值为1.95，其偏轴量数值为-9.7，其倾斜量数值为10.7；像面其偏轴量数值为25.2，其倾斜量数值为10.9。
调制传递函数(MTF)是光学镜头的综合评价指标，从图2可知空间频率40lp/mm处，该系统各个视场的MTF都接近衍射极限，说明该离轴反射型广角光学镜头在全视场范围内已有较好的成像质量。

Claims (2)

1.一种离轴反射型广角光学镜头，其特征在于：该广角光学镜头沿光线传递方向包括反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4、像面(IMAGEPLANE)，所述四个反射镜为非共轴设置，其特征在于，该广角光学镜头的孔径光阑设置在反射镜M3上，四个反射镜均为高次非球面，反射镜M1具有正折光力，其焦距和该广角光学镜头的系统总焦距的比值在3.96～4.25之间，其偏轴量数值在348～380之间，其倾斜量数值在10～12.5之间；反射镜M2具有正折光力，其焦距和系统总焦距的比值在5.81～6.12之间，其偏轴量数值在-158～-135之间，其倾斜量数值在9.6～10.2之间；反射镜M3具有正折光力，其焦距和系统总焦距的比值在2.22～2.49之间，其偏轴量数值在-143～-136之间，其倾斜量数值在10.3～10.9之间；反射镜M4具有正折光力，其焦距和系统总焦距的比值在1.86～1.98之间，其偏轴量数值在-10.6～-9.5之间，其倾斜量数值在10.2～10.7之间；像面也存在偏轴倾斜，其偏轴量数值在22.5～28.6之间，其倾斜量数值在9.8～11.3之间。
2.根据权利要求1所述的一种离轴反射型广角光学镜头，其特征在于：该离轴反射型广角光学镜头中反射镜M1、反射镜M2、反射镜M3、反射镜M4四个反射镜的光学材料都为碳化硅。
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